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Previous issue date: 2007-02-27 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In the past two decades, polyhydroxyalkanoates (PHAs) have been the focus of extensive research considering their potential application as biocompatible and biodegradable thermoplastics, due to their hydrolyzability in the human body as well as in natural circumstances. Aiming the development of new ductile and biodegradable materials, systems of poly(3-hydroxybutyrate), P(3HB) and poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate), P(3HV-co-3HV) with poly(e-caprolactone) triol (PCL-T, 900 and 300 g.mol-1) with addition of 0 to 30 % of PCL-T (w/w), were obtained by casting or injection molding. The thermal behavior, the morphology and the crystallinity of these mixtures were studied by differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetric analysis (TG), scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD) and Fourier transformed infrared (FTIR). The rheology and the melt processing of P(3HB)/PCL-T systems were also studied. The crystallinity degree of casted P(3HB) decreased from 68 to 49% with addition of 5% of PCL-T 900, and from 68% to 54% with 5% of PCL-T 300 content. The TG analysis showed that the PCL-T did not change the thermal stability of P(3HB). It was also observed by DSC that the Tm of PCL-T did not change in all compositions, while the Tm of P(3HB) decreased when PCL-T content was increased. It was also noticed that the Tg of P(3HB) increased from 2.75 to -2ºC with the increase of PCL-T 900 content. The Tg of P(3HB) change from 2.75 to -10ºC with the PCL-T 300 content. Indeed, FTIR analyses did not show evidences of hydrogen bonds between the polymers, while SEM analysis revealed porous films. A similar behavior was observed for P(3HB-co-3HV)/PCL-T 900 systems, while no change in the cristallinity degree was observed for P(3HB-co-3HV)/PCL-T 300 systems. For blends with P(3HB-co-3HV), DSC analyses revealed that the Tg of P(3HB-co-3HV) decreased from 2ºC to ca. -10ºC with the addition of 15wt% of PCL-T 900 or PCL-T 300. It is also noticed that the Tm of P(3HB-co- 3HV) and PCL-T decreases gradually as the PCL-T content is increased. Rheological analyses showed a pseudoplastic behavior for all the samples and a very significant decrease in the viscosity when the PCL-T content was increased. The P(3HB-co-3HV)/PCL-T 300 systems with 20 and 30% of PCL-T 300 contents showed a behavior look likes a Newtonian. Tensile tests of injected specimens showed an increase of 67% in the elongation at break with 5% of PCL-T, while the Young modulus decreased 7.5%. A higher PCL-T content (10%), however, decreases the modulus more significantly (50% in relation to P(3HB)). The crystallinity degree of P(3HB), obtained from XRD analyses, decreases with the addition of PCL-T (from 59 to 50% with 10% of PCL-T) and is in agreement with tensile tests and SEM results, that presented a higher ductility for the mixtures with PCL-T. TG analyses showed that the onset temperature does not vary significantly with the PCL-T content. FTIR spectra present interesting changes with PCL-T addition that are possibly related to interactions between the polymers. The better processing behavior of the PHAs with the addition of PCL-T suggests that the latter acts both as a plasticizer and a flow auxiliary, providing new, more flexible biodegradable materials. / Nas últimas duas décadas, os polihidroxialcanoatos (PHAs) foram o foco de pesquisas extensivas considerando suas potenciais aplicações como termoplásticos biocompatíveis e biodegradáveis, devido a sua hidrolisidade no corpo humano bem como em circunstâncias naturais. Objetivando o desenvolvimento de novos materiais dúcteis e biodegradáveis, sistemas de poli(3-hidroxibutirato), P(3HB) e poli(3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato), P(3HB-co-3HV) com poli(å-caprolactona) triol, PCL-T (300 e 900g.mol-1) com adição de 0 a 30% de PCL-T (m/m), foram obtidos por casting ou moldagem por injeção. O comportamento térmico, a morfologia e a cristalinidade destas misturas foram estudados, para isso foram utilizadas as seguintes técnicas: calorimetria exploratória diferencial (DSC), análise termogravimétrica (TG), microscopia eletrônica de varredura (SEM), difração de raios-X (XRD) e espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR). A reologia e o processamento dos sistemas de P(3HB) /PCL-T também foram estudados. O grau de cristalinidade do P(3HB) caiu de 68 para 49% com adição de 5% de PCL-T 900, e de 68 para 54% com adição de PCL-T 300. A análise de TG mostrou que a PCL-T não interfere na estabilidade térmica do P(3HB). Foi também observado por DSC que a Tm da PCL-T não mudou em todas as composições, enquanto que a Tm do P(3HB) decresceu quando o teor de PCL-T aumentou. Notou-se também que a Tg do P(3HB) diminuiu de 2,75 para -2ºC com o aumento da PCL-T 900. A Tg do P(3HB) mudou de 2,75 para -10ºC com o aumento do teor de PCL-T 300. De fato, as análises de FTIR não mostraram evidencias de ligações de hidrogênio entre os polímeros, enquanto as análises de SEM revelaram filmes porosos. Um comportamento similar foi observado para o sistema de P(3HB-co-3HV)/PCL-T 900, enquanto nenhuma mudança no grau de cristalinidade do sistema de P(3HB-co-3HV)/PCL-T 300 foi observada. Para blendas com P(3HB-co-3HV), as análises de DSC revelaram que a Tg do P(3HB-co-3HV) diminuiu de 2ºC para ca. -10ºC com adição de 15% de PCL-T 900 PCL-T 300. Notou-se também que a Tm do P(3HB-co-3HV) e da PCL-T diminuíram ou gradualmente com o aumento do teor de PCL-T. A análise reologica mostrou um comportamento pseudoplastico para todas as amostras e um decréscimo muito significativo na viscosidade quando a PCL-T e adicionada. Os sistemas de P(3HB-co-3HV)/PCL-T 300 nas composições 80/20 e 85/15 mostraram um comportamento muito próximo do Newtoniano. Os
testes de resistência à tração das espécies injetadas mostraram um aumento de 67% no alongamento com 5% de PCL-T, enquanto que o modulo de elasticidade diminuiu cerca de 7,5%. Uma alta quantidade de PCL-T (10%), entretanto, diminuiu o modulo mais significativamente (50% em relação ao P(3HB)). O grau de cristalinidade do P(3HB), obtido por XRD, diminuiu com adição de PCL-T 900 (de 58 para 51% com 10% de PCL-T 900) concordando com os testes de resistência a tração e resultados de SEM, que apresentaram uma alta ductilidade para as misturas contendo PCL-T. Análises de TG mostraram que a temperatura inicial de degradação não variou significativamente com a quantidade de PCL-T. Os espectros de FTIR apresentaram mudanças interessantes com adição de PCL-T que sugerem a existência de interações entre os polímeros. O melhor comportamento durante o processamento dos PHA com adição de PCL-T sugere que a PCL-Ts atuam como platificantes e auxiliares de fluxo, conferindo maior flexibilidade aos materiais biodegradáveis.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:tede.udesc.br #179.97.105.11:handle/1708 |
| Date | 27 February 2007 |
| Creators | Wessler, Katiusca |
| Contributors | Pezzin, Sérgio Henrique |
| Publisher | Universidade do Estado de Santa Catarina, Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais, UDESC, BR, Ciência dos Materiais |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UDESC, instname:Universidade do Estado de Santa Catarina, instacron:UDESC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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